第十一章 磁场中的磁介质

1、上章讨论了电流和运动电荷在真空中产生的磁场。上章讨论了电流和运动电荷在真空中产生的磁场。本章将讨论电流和运动电荷在实物（称之为磁介质）本章将讨论电流和运动电荷在实物（称之为磁介质）中产生的磁场。中产生的磁场。主要任务：主要任务：* 以实物物质的电结构为基础简单说明磁介质以实物物质的电结构为基础简单说明磁介质 的三种类型：顺磁质、抗磁质、铁磁质。的三种类型：顺磁质、抗磁质、铁磁质。* 类似讨论电介质的方法研究磁介质对磁场的影响。类似讨论电介质的方法研究磁介质对磁场的影响。介绍描述磁介质中磁场的物理量磁场强度介绍描述磁介质中磁场的物理量磁场强度 、磁化强度磁化强度 以及它们所遵守的普遍规律。以及它

2、们所遵守的普遍规律。MH0SdBsiiLIl dH* 介绍工程技术上广泛应用的铁磁质的特介绍工程技术上广泛应用的铁磁质的特性性 了解了解磁介质的磁化现象及其微观解释磁介质的磁化现象及其微观解释. 了解了解磁场强度的概念以及在各向同性介质中磁场强度的概念以及在各向同性介质中H和和B的关系的关系, 了解磁介质中的安培环路定理了解磁介质中的安培环路定理 .教学基本要求教学基本要求一、一、 磁介质磁介质11-1 磁介质磁介质 磁化强度磁化强度顺磁质顺磁质 0BB0BB抗抗磁质磁质0BB铁铁磁质磁质（铁、钴、镍等）（铁、钴、镍等）（铝、氧、锰等）（铝、氧、锰等）（铜、铋、氢等）（铜、铋、氢等）弱磁质弱磁

3、质顺磁质与抗磁质的磁化顺磁质与抗磁质的磁化分子磁矩分子磁矩轨道磁矩轨道磁矩自旋磁矩自旋磁矩电子绕核的轨道运动电子绕核的轨道运动电子本身自旋电子本身自旋等效于圆电流等效于圆电流分子电流分子电流mmmmmmm分子的固有磁矩不为零分子的固有磁矩不为零0m 无外磁场作用时，由无外磁场作用时，由于分子的热运动，分于分子的热运动，分子磁矩取向各不相同子磁矩取向各不相同,整个介质不显磁性。整个介质不显磁性。分分子子磁磁矩矩0m mm 有外磁场时，分子磁矩要有外磁场时，分子磁矩要受到一个力矩的作用，使分子受到一个力矩的作用，使分子磁矩转向外磁场的方向。磁矩转向外磁场的方向。m0B0MmBM 分子磁矩产生的磁场

4、方向和外磁场方向一致，分子磁矩产生的磁场方向和外磁场方向一致，顺磁质磁化结果，使介质内部磁场增强。顺磁质磁化结果，使介质内部磁场增强。0BB 0BB 0BBB无外磁场无外磁场顺顺 磁磁 质质 的的 磁磁 化化分子圆电流和磁矩分子圆电流和磁矩mI0B有外磁场有外磁场sImm分子的固有磁矩为零分子的固有磁矩为零0m 在外磁场中，抗磁质分子会产生附加磁矩在外磁场中，抗磁质分子会产生附加磁矩电子绕核的轨道运动电子绕核的轨道运动电子本身自旋电子本身自旋外磁场场作用下产生外磁场场作用下产生附加磁矩附加磁矩电子的附加磁矩总是削弱外磁场的作用。电子的附加磁矩总是削弱外磁场的作用。抗磁性是一切磁介质共同具有的特

5、性。抗磁性是一切磁介质共同具有的特性。0BB 总与外磁场总与外磁场方向方向反向反向mmqv0B0,B 同同向时向时qv0,B 反反向时向时0B无外磁场时抗磁质分子磁矩为零无外磁场时抗磁质分子磁矩为零 0m0BBB抗磁质内磁场抗磁质内磁场FmFmmm抗磁质的磁化抗磁质的磁化二二 磁化强度磁化强度VmM分子磁矩分子磁矩的矢量和的矢量和体积元体积元1mA单位单位（安安/米米） 意义意义 磁介磁介质中单位体积内质中单位体积内分子的合磁矩分子的合磁矩.是描述磁介质的宏观量是描述磁介质的宏观量M显然它与介质特性、温度与统计规律有关。显然它与介质特性、温度与统计规律有关。0BBB顺磁质内磁场顺磁质内磁场0B

6、BB抗磁质内磁场抗磁质内磁场112 磁介质中的安培环路定理磁介质中的安培环路定理 磁场强度磁场强度mmIrr 例例 有两个半径分别为有两个半径分别为 和和 的的“无限长无限长”同同轴圆筒形导体，在它们之间充以相对磁导率为轴圆筒形导体，在它们之间充以相对磁导率为 的的磁介质磁介质.当两圆筒通有相反方向的电流当两圆筒通有相反方向的电流 时，试时，试 求求（1）磁介质中任意点）磁介质中任意点 P 的磁感应强度的的磁感应强度的 大小大小;（2）圆柱体外面一点）圆柱体外面一点 Q 的的 磁感强度磁感强度.rrRI解解 对称性分析对称性分析RdrIlHldIdH 2dIH2dIHB2r0dIR0,02Hd

7、H0HB0,Brd同理可求同理可求RdrdIB2r0Rd 0IIlHldIrrIRd例例2 一无限长载流圆柱体，通有电流一无限长载流圆柱体，通有电流I ，设电流，设电流 I 均匀分布在整个横截面上。柱体的磁导率为均匀分布在整个横截面上。柱体的磁导率为，柱，柱外为真空。外为真空。求：柱内外各区域的磁场强度和磁感应强度。求：柱内外各区域的磁场强度和磁感应强度。解：解：IR0 I rH Rr rHl dHL 2 I IRr22 22 RIrH 22 RIrB 在分界面上在分界面上H 连续连续, B 不连续不连续Rr IrH 2rIH 2 rIB 20 IR0 Hr HRrRI 2OBRrRI 2ORI 20BBB